Biocidas

El límite máximo tolerable de población microbiana en sistemas se determina en pruebas de laboratorio. Cuando se conocen estos datos en muchos casos el número de bacterias y de otros microorganismos necesita ser reducido. Esto se puede lograr mediante la adición de biocidas; productos químicos que son tóxicos para los microorganismos. Los biocidas son generalmente dosificados a un sistema para reducir eficaz y rápidamente la población de los microorganismos, los cuales no pueden recuperarse fácilmente del descenso de población. Hay varios tipos de biocidas, algunos de los cuales tienen una amplia gama de efectos sobre muchas y diversas clases de bacterias. Pueden ser divididos en agentes oxidantes y agentes no oxidantes.

Agentes oxidantes:

Cloro
Dióxido de cloro
Isocianatos de cloro
Hipoclorito
Ozono

Cloro

El cloro es posiblemente el biocida industrial más usado hoy en día. Se utilizó durante mucho tiempo para la desinfección de los abastecimientos de agua domésticos y para el retiro del sabor y los olores del agua. La cantidad de cloro que necesita ser agregada a un sistema de agua viene determinada por varios factores, a saber: demanda de cloro, tiempo de contacto, pH y temperatura del agua, volumen de agua y cantidad de cloro que se pierde con la aireación.

Cuando el cloro gaseoso se incorpora a un abastecimiento de agua se hidroliza para formar ácido hipoclórico y clorhídrico. Es éste último el que determina la actividad biocida.

Este proceso ocurre según la reacción siguiente:
Cl2 + H2O - > HOCl + HCl

El ácido clorhídrico es el responsable de las reacciones de oxidación del citoplasma de los microorganismos, después de la difusión a través de las paredes de la célula. El cloro entorpece la producción de ATP (Adenosín trifosfato), un compuesto esencial para la respiración de los microorganismos. Las bacterias que están presentes en el agua morirán como consecuencia de los problemas de respiración experimentados, causados por la actividad del cloro.

La cantidad de cloro que necesita ser agregada para el control del crecimiento bacteriano viene determinada por el pH. Cuanto más alto es el pH, más cloro es necesario para matar a las bacterias indeseadas en un sistema de agua. Cuando los valores de pH están dentro de una gama de 8 a 9, se deben agregar 0,4 PPM de cloro. Cuando los valores de pH están dentro de una gama de 9 a 10, se deben agregar 0,8 PPM de cloro.

Dióxido de cloro

El dióxido de cloro es un biocida oxidante activo, eso lo hace ser el más aplicado y aún más debido al hecho de que este tiene efectos menos perjudiciales para el ambiente y la salud humana que el cloro. No forma ácidos hipoclorosos en agua; existe como dióxido de cloro disuelto, un compuesto que es un biocida más reactivo en gamas más altas de pH.

El dióxido del cloro es un gas explosivo, y por lo tanto tiene que ser producido o ser generado in-situ, por medio de las reacciones siguientes:

Cl 2 + 2 NaClO 2 - > 2 NaCl + 2 Clo 2
ó
2 HCl + 3 NaOCl + NaClO 2 - > 2 Clo 2 + 4 NaCl + H 2 O.

Isocianatos de cloro

Estos son los compuestos organo-clorados que en hidrólisis dan el ácido hipocloroso y ácido cianhídrico en agua. El ácido cianhídrico reduce la pérdida de cloro debido a las reacciones fotoquímicas con la UV-luz, de modo que más ácido clorhídrico se origina y la acción biocida se ve realzada.

Hipoclorito

El hipoclorito es la sal del ácido hipocloroso. Se formula en varios tipos de formas. El hipoclorito se aplica generalmente como el hipoclorito de sodio (NaClO) e hipoclorito de calcio (Ca(ClO)2). Estos compuestos se pueden aplicar como biocidas. Funcionan mucho de la misma manera que el cloro, aunque son algo menos eficaces.

Ozono

El ozono es naturalmente inestable. Puede ser utilizado como agente oxidante de gran alcance, cuando se genera en un reactor. Como un biocida él actúa de la misma manera que el cloro; dificulta la formación del ATP, de modo que la respiración de la célula de los microorganismos se hace difícil. Durante la oxidación con ozono, las bacterias mueren generalmente por pérdida del citoplasma que sostiene la vida.
Mientras que el proceso de la oxidación ocurre, el ozono se divide en oxígeno diatómico y un átomo de oxígeno, que se pierde durante la reacción con los líquidos de la célula de las bacterias:

O 3 - > O 2 + (O)

Algunos de los factores que determinan la cantidad de ozono requerida durante la oxidación son pH, temperatura, compuestos orgánicos y solventes, y productos acumulados de la reacción.
El ozono es más respetuoso con el medio ambiente que el cloro, porque no agrega el cloro al sistema del agua. Debido a su descomposición el oxígeno no dañará la vida acuática.
Generalmente 0,5 PPM de ozono se agregan a un sistema de agua, sobre base continua o intermitente.

Agentes que no oxidan:

Acrolina
Aminas
Fenoles tratados con cloro
Sales de cobre
Compuestos órgano-sulfúricos
Sales cuaternarias de amonio

En muchos casos los agentes que oxidan no son biocidas eficaces. Los agentes que no oxidan tienen que ser aplicados.

Acrolina

La acrolina es un biocida extremadamente eficaz que tiene una ventaja ambiental sobre los biocidas que oxidan, porque pueden ser desactivados fácilmente por el sulfito de sodio antes de la descarga en una corriente de recepción.
La acrolina tiene la capacidad de atacar y de torcer grupos de las proteínas y reacciones de síntesis de las enzimas. Se alimenta generalmente a los sistemas de agua como gas en cantidades de 0,1 a 0,2 PPM en hilo neutro al agua levemente alcalina;

La acrolina no se usa muy frecuentemente, porque es extremadamente inflamable y también tóxica.

Aminas

Las aminas son surfactantes que pueden actuar como biocida debido a su capacidad de matar a los microorganismos. Estas pueden potenciar el efecto biocida de los compuestos fenólicos clorados cuando son adicionados al agua.



Fenoles tratados con cloro

Los fenoles clorados, a diferencia de los biocidas oxidantes, no tienen un efecto sobre la respiración de los microorganismos. Sin embargo ellos inducen el crecimiento. Los fenoles clorados primero se adsorben a la pared celular de los microorganismos por interacción con enlaces de hidrógeno. Después de la adsorción por la pared celular ellos difundirán dentro de la célula donde quedarán en suspensión y precipitarán las proteínas. Debido a este mecanismo el crecimiento de los microorganismos es inhibido



Sales de cobre

Las sales de cobre se han utilizado como biocidas durante mucho tiempo, pero su uso se ha limitado en los años recientes debido a las preocupaciones por la contaminación de metal pesado. Se aplican en cantidades de 1 a 2 PPM.
Cuando el agua a tratar está situada en los tanques de acero las sales de cobre no se deben aplicar, debido a su capacidad de corroer el acero. Las sales de cobre no se deben utilizar en el agua que será aplicada como agua potable cualquiera, porque son tóxicas a los seres humanos.

Compuestos órgano-sulfúrico

Los compuestos órgano-sulfúricos actúan como biocidas inhibiendo el crecimiento de la célula. Hay una gran variedad de compuestos órgano-sulfúricos que funcionan en diversas gamas de pH.
La energía se transfiere normalmente en células bacterianas cuando el hierro reacciona de Fe 3+ a Fe 2+ . Los compuestos órgano-sulfúricos quitan el Fe 3+ por complexión como sal de hierro. La transferencia de la energía a través de las células es parada e inmediatamente se produce la muerte de la célula.

Sales cuaternaria de amonio

Las sales cuaternaria de amonio son los productos químicos tensoactivos que consisten generalmente en un átomo de nitrógeno, rodeados por los grupos substitutivos que contienen de ocho a veinticinco átomos de carbón en cuatro perspectivas del átomo de nitrógeno.
Estos compuestos son generalmente los más eficaces contra bacterias en gamas alcalinas de pH. Se cargan y enlazarán positivamente a los sitios negativamente cargados en la pared bacteriana de la célula. Estos enlaces electrostáticos causarán a las bacterias tensiones en la pared de la célula. También causan daño al flujo normal de compuestos que sostienen la vida a través de la pared de la célula al paralizarlo, disminuyendo su permeabilidad.
El uso de las sales cuaternarias de amonio es limitado, debido a su interacción con el aceite cuando éste está presente y al hecho de que pueden causar espuma.







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